JP2018534573A - Digital sensor - Google Patents
Digital sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018534573A JP2018534573A JP2018525721A JP2018525721A JP2018534573A JP 2018534573 A JP2018534573 A JP 2018534573A JP 2018525721 A JP2018525721 A JP 2018525721A JP 2018525721 A JP2018525721 A JP 2018525721A JP 2018534573 A JP2018534573 A JP 2018534573A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- integrated circuit
- analog
- digital
- component according
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
- G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
- G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
ハイブリッド電子検出部品は、少なくとも1つの検出素子が集積されたアナログ回路に取り付けられた集積回路を備える。ハイブリッド検出部品は、その環境状態の定量化可能な変化に対応して、デジタル形式の出力を提供する。検出機能はデータ処理から分離されているので、プロセッサ内の電力消費による自己発熱の影響を軽減する。The hybrid electronic detection component comprises an integrated circuit attached to an analog circuit in which at least one detection element is integrated. The hybrid detection component provides a digital output in response to a quantifiable change in its environmental state. Since the detection function is separated from the data processing, the influence of self-heating due to power consumption in the processor is reduced.
Description
本発明は、環境検出装置及びそのような装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an environment detection apparatus and a method for manufacturing such an apparatus.
特に、本発明は、その副構成要素の1つの電気抵抗の変化によって環境状態の変化を監視し、環境状態の値をデジタル式で外部の電子回路に伝える、複合電子構成要素に関する。生鮮食品の輸送や貯蔵から産業プロセスの監視や医療にいたるまで、全ての市場部門にわたる生活の全ての側面において大きな需要を抱えている、温度の監視と通信に特に関心がある。 In particular, the invention relates to a composite electronic component that monitors changes in environmental conditions by changing the electrical resistance of one of its sub-components and communicates environmental condition values digitally to external electronic circuitry. Of particular interest is temperature monitoring and communication, which has great demands in all aspects of life across all market sectors, from the transport and storage of fresh food to industrial process monitoring and medical care.
「オンチップセンサ」と呼ばれることが多いデジタル出力を有する温度センサは、当技術分野において周知であり、単一の集積回路として利用可能であるか、またはマイクロプロセッサなどのより大きな集積回路に統合されている。そのようなセンサの主な機能は、概して、マイクロプロセッサの内部温度を監視することである。一般に、この種の内部センサは、高いコンダクタンスを有する小さな半導体接合を備え、高いコンダクタンスは、接合部の温度に依存する。外部本体または外部環境の温度を測定するために用いられる場合、当技術分野で知られているデジタルセンサは望ましくない。 Temperature sensors with digital outputs, often referred to as “on-chip sensors”, are well known in the art and are available as a single integrated circuit or integrated into a larger integrated circuit such as a microprocessor. ing. The main function of such a sensor is generally to monitor the internal temperature of the microprocessor. In general, this type of internal sensor comprises a small semiconductor junction with a high conductance, which depends on the temperature of the junction. Digital sensors known in the art are undesirable when used to measure the temperature of an external body or external environment.
オンチップセンサの1つの問題は、接合部を通る高い電流密度が強い局所的な自己発熱を引き起こし、接合部から離れる熱伝導が悪いほど悪化することである。これは、監視されている物体の実際の温度よりもかなり高い、温度の誤った測定を引き起こす。 One problem with on-chip sensors is that the high current density through the junction causes strong local self-heating and worsens the worse the heat conduction away from the junction. This causes an erroneous measurement of the temperature that is significantly higher than the actual temperature of the object being monitored.
デジタル温度センサの反応に影響を与える他の要因は、その物理的サイズ、特にその接触面積と比較して高い熱質量と、監視される物体との熱的結合である。 Another factor affecting the response of a digital temperature sensor is its physical size, particularly its high thermal mass compared to its contact area, and the thermal coupling of the monitored object.
電気的測定によって温度を測定する好ましい方法は、電気抵抗が温度と共に変化する構成要素、例えばサーミスタを用いることである。印刷されたサーミスタは、しばしば1MΩを超える、または、数百MΩに至る高い電気抵抗で製造することができ、その結果、デバイスを流れる電流が非常に小さくなり、消費電力が非常に低くなり、自己発熱が効果的に起こらない。印刷されたサーミスタを用いるさらなる利点は、薄い基板上に印刷された際に、その熱質量がその領域に関して低く、広い面積で良好な熱的結合を達成することができることである。したがって、より速い応答時間およびより正確な測定が可能になる。 A preferred method of measuring temperature by electrical measurement is to use a component whose electrical resistance varies with temperature, such as a thermistor. Printed thermistors can be manufactured with high electrical resistance, often exceeding 1 MΩ or even several hundred MΩ, resulting in very low current through the device, very low power consumption, and self- Fever does not occur effectively. A further advantage of using a printed thermistor is that when printed on a thin substrate, its thermal mass is low with respect to its area and good thermal coupling can be achieved over a large area. Thus, faster response times and more accurate measurements are possible.
それにもかかわらず、多くの用途では、例えばサーミスタのような従来のアナログ構成要素と比較して、使い易さと利便性のためにデジタル温度センサが好ましい。特に有益な点は、摂氏や華氏などの単位での温度に対する較正されたデジタル値の直接出力であり、これはユーザにとって意味がある。 Nevertheless, for many applications, digital temperature sensors are preferred for ease of use and convenience compared to conventional analog components such as thermistors. Of particular benefit is the direct output of calibrated digital values against temperature in units such as Celsius and Fahrenheit, which is meaningful to the user.
従って、本発明の目的は、温度等の環境状態を監視し、その結果を伝える電子部品であって、監視された状態での較正されたデジタル値を提供する全ての利点と、印刷されたサーミスタの技術的利点を有する電子部品を製造することである。同じ構成が、抵抗センサを適用することができる他の環境監視、例えば湿度または圧力にも適用可能である。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electronic component that monitors environmental conditions such as temperature and communicates the results, all the advantages of providing a calibrated digital value in the monitored condition, and a printed thermistor. Is to produce an electronic component having the technical advantages of The same configuration is also applicable to other environmental monitoring where resistance sensors can be applied, such as humidity or pressure.
本発明の一態様によれば、環境状態の定量化可能な変化に対応してデジタル形式の出力を提供する電子検出部品であって、環境状態の変化に対応して抵抗が変化する少なくとも1つの検出素子が集積されたアナログ回路と、環境状態が変化しても抵抗が一定のままである少なくとも1つの別の抵抗器と、少なくとも1つの集積回路と、を備え、電位差が前記アナログ回路に印加された際に、2つの電位が前記集積回路の入力端子に印加されるように、前記アナログ回路と前記集積回路とが接続され、前記2つの電位の一方は測定される環境状態に対応し、前記2つの電位の他方は基準値に対応し、前記集積回路の1つ以上の出力端子で固有のデジタル信号を生成し、前記固有のデジタル信号は測定される環境状態の変化に対応する。 According to one aspect of the present invention, there is provided an electronic detection component that provides a digital output in response to a quantifiable change in environmental conditions, wherein at least one of the resistances changes in response to a change in environmental conditions. An analog circuit in which a detection element is integrated; at least one other resistor whose resistance remains constant even when an environmental state changes; and at least one integrated circuit, wherein a potential difference is applied to the analog circuit. The analog circuit and the integrated circuit are connected such that two potentials are applied to the input terminals of the integrated circuit, one of the two potentials corresponding to the environmental condition being measured, The other of the two potentials corresponds to a reference value and generates a unique digital signal at one or more output terminals of the integrated circuit, the unique digital signal corresponding to a change in the measured environmental condition.
本発明のある実施態様では、前記検出素子は負の温度係数のサーミスタであり、前記サーミスタの抵抗は温度が上昇するにつれて低下する。 In one embodiment of the present invention, the detection element is a thermistor having a negative temperature coefficient, and the resistance of the thermistor decreases as the temperature increases.
好ましくは、前記アナログ回路の少なくとも前記サーミスタおよび配線は印刷により作られる。 Preferably, at least the thermistor and wiring of the analog circuit are made by printing.
本発明のある実施態様では、一定値の2つの抵抗器が前記検出素子に直列に接続され、集積回路の入力に印加される2つの電位が、それぞれ、一定値の一方の前記抵抗器の両端の電位差、および、一定値の前記抵抗器および前記検出素子にわたる電位差である。 In one embodiment of the present invention, two resistors having a constant value are connected in series to the detection element, and two potentials applied to the input of an integrated circuit are respectively connected to both ends of the one resistor having a constant value. And a potential difference across the resistor and the sensing element of a constant value.
本発明のある実施態様では、1つまたは複数の電位は、独立したアナログデジタル変換器、または、マルチプレクサを介して単一のアナログデジタル変換器に印加される。 In one embodiment of the invention, one or more potentials are applied to a single analog-to-digital converter via an independent analog-to-digital converter or multiplexer.
本発明のある実施態様では、前記集積回路は、1つ以上の出力端子にデジタル値を提供する前に、データに対する追加の計算を実行するマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを備える。 In one embodiment of the invention, the integrated circuit comprises a microcontroller or microprocessor that performs additional calculations on the data before providing the digital value to one or more output terminals.
本発明のある実施態様では、デジタル出力はシリアルインターフェースを介して提供される。 In some embodiments of the invention, the digital output is provided via a serial interface.
本発明のある実施態様では、デジタル出力は、多数の出力端子を同時に用いるパラレルインターフェースを介して提供される。 In one embodiment of the invention, the digital output is provided through a parallel interface that uses multiple output terminals simultaneously.
ある実施態様における1つの集積回路の出力は、不揮発性メモリを有する第2の集積回路に接続される。 The output of one integrated circuit in one embodiment is connected to a second integrated circuit having a non-volatile memory.
本発明のある実施態様では、前記マイクロコントローラは、無線トランシーバ集積回路と接続されるか、または、一体化され、アンテナが、前記アナログ回路に接続されるか、または、組み込まれる。 In one embodiment of the invention, the microcontroller is connected to or integrated with a radio transceiver integrated circuit and an antenna is connected to or incorporated into the analog circuit.
本発明は、単なる例として、添付の図面を参照して、詳細に説明する。 The present invention will now be described in detail by way of example only and with reference to the accompanying drawings.
簡単に言えば、本発明は、同じ機能性を有するが、従来技術よりも優れた性能を有する「センサオンチップ」を製造するために、チップ上の「センサの概念」の逆転である。そのような装置は、必然的に、集積回路が少なくとも1つの検出要素が集積されたアナログ回路に取り付けられているハイブリッド電子検出部品である。ハイブリッド検出部品は、その環境状態の定量化可能な変化に応答して、デジタル形式で出力を提供する。 Simply put, the present invention is a reversal of the “sensor concept” on a chip to produce a “sensor on chip” having the same functionality but superior performance over the prior art. Such a device is necessarily a hybrid electronic detection component in which the integrated circuit is attached to an analog circuit in which at least one detection element is integrated. The hybrid detection component provides output in digital form in response to quantifiable changes in its environmental conditions.
しかしながら、機能的には、検出はデータ処理から分離され、プロセッサ内の電力消費による自己発熱の影響を低減する。複合された構成要素内の2つの機能のこの分離はさらに、特定の用途に適した形状および性能を有するようにセンサを設計することを可能にする。検出素子の抵抗は、環境変化、例えば温度に対応して変化する。抵抗を直接測定することはできないので、検出素子は、環境変化があっても抵抗が一定のままである少なくとも1つの他の抵抗器と共に、構成要素のアナログ部分に組み込まれる。これらは、電位差がアナログ回路に印加されると、一方が測定される状態に対応し他方が基準値に対応する2つの電位が集積回路の入力に印加されるように、接続される。 Functionally, however, detection is separated from data processing, reducing the effects of self-heating due to power consumption within the processor. This separation of the two functions within the composite component further allows the sensor to be designed to have a shape and performance suitable for a particular application. The resistance of the detection element changes in response to environmental changes such as temperature. Since the resistance cannot be measured directly, the sensing element is incorporated into the analog portion of the component, along with at least one other resistor that remains constant despite environmental changes. These are connected such that when a potential difference is applied to the analog circuit, two potentials are applied to the input of the integrated circuit, one corresponding to the state being measured and the other corresponding to the reference value.
集積回路は、2つの電位の組み合わせに対応する、したがって、監視される環境状態に対応する、固有のデジタル信号を生成する。この固有のデジタル信号は、2つの電位の比の数値のような単純なものであってもよいし、または、例えば、摂氏で示す温度、ニュートンで示す力、%で示す相対湿度のような、正確な単位で意味のある量を得るために、複雑な較正関数の適用の結果であってもよい。 The integrated circuit generates a unique digital signal that corresponds to the combination of the two potentials, and thus corresponds to the monitored environmental condition. This unique digital signal can be as simple as the ratio of the two potentials, or, for example, temperature in degrees Celsius, force in Newtons, relative humidity in%, It may be the result of applying a complex calibration function to obtain meaningful quantities in precise units.
本発明の図示された実施の形態を参照すると、添付の図1に示す第1の実施の形態では、アナログ検出回路1が基板2上に製造される。基板は、シート材料であってもよいし、または、環境が検出される物体の本体の一部を形成してもよい。
Referring to the illustrated embodiment of the present invention, an
シート材料から形成された基板の場合、シートは剛性または可撓性であってもよく、固体フィルム、織物または不織布でもよい繊維状材料、またはそのような材料の組み合わせの複合体であってもよい。好適な固体フィルムには、以下のものが含まれる。ポリエチレンテレフタレート(PETまたはポリエステルとして一般に知られている)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI、Kapton、Vespel)などのこれらに限定されないポリマー;アルミニウム、鉄、銅およびこれらの合金を含む、これらに限定されない金属箔; 一般にガラスと呼ばれる、アモルファス酸化物およびケイ酸塩;シリコンのような単結晶半導体材料及び多結晶半導体材料;焼結されたセラミック材料。繊維材料は、一般に、以下に称されるものである。これに限定されないが植物起源のセルロース繊維を含む紙;例えばポリエステル、ポリアミド、ポリイミドのような合成ポリマー繊維;ガラス繊維およびセラミック繊維;セルロース、ケラチン、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、およびアラミドを含むがこれらに限定されない、動物または植物起源の天然繊維、合成ポリマー繊維、ガラス繊維またはセラミック繊維、を含む織物または不織布。 In the case of a substrate formed from sheet material, the sheet may be rigid or flexible and may be a solid film, a fibrous material that may be woven or non-woven, or a composite of a combination of such materials. . Suitable solid films include the following. Polymers such as, but not limited to, polyethylene terephthalate (commonly known as PET or polyester), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI, Kapton, Vespel); these, including aluminum, iron, copper and alloys thereof Metal foils not limited to; amorphous oxides and silicates, commonly referred to as glass; single crystal and polycrystalline semiconductor materials such as silicon; sintered ceramic materials. The fiber material is generally referred to below. Paper including cellulose fibers of plant origin; synthetic polymer fibers such as polyester, polyamide, polyimide; glass fibers and ceramic fibers; including but not limited to cellulose, keratin, polyester, polyimide, polyamide, and aramid Woven or non-woven fabrics including, but not limited to, natural fibers of animal or plant origin, synthetic polymer fibers, glass fibers or ceramic fibers.
複合材料は、例えば、固化したポリマー樹脂で補強した織布または不織布または繊維状または粒状の充填材料で充填したポリマーを含む繊維複合体を含んでもよい。あるいは、複合材料は、上述したような異なるシート材料の層から形成されてもよく、その配向は、基板の表面に対して平行であってもよく、垂直であってもよく、表面に対して任意の他の角度で傾斜してもよい。一般に、当技術分野で周知のように、後者の構造は、たとえば剛性または強度を高めるために、シート材料の機械的特性を変えるために用いられるが、表面と平行に層を整列させることが、異なる材料の表面を出すために最も頻繁に用いられる。そのようなものの例には、以下が含まれるが、これらに限定されない:金属シートの導電性表面に塗布された絶縁層、または本発明の製造中に付着した材料、例えばインクおよび接着剤、の接着性を改善するためにポリマーフィルムに塗布された表面コーティング。 The composite material may include, for example, a fiber composite comprising a woven or nonwoven fabric reinforced with a solidified polymer resin or a polymer filled with a fibrous or granular filler material. Alternatively, the composite material may be formed from layers of different sheet materials as described above, the orientation of which may be parallel or perpendicular to the surface of the substrate, It may be inclined at any other angle. In general, as is well known in the art, the latter structure is used to alter the mechanical properties of the sheet material, e.g. to increase stiffness or strength, but aligning the layers parallel to the surface Most often used to surface different materials. Examples of such include, but are not limited to: insulating layers applied to the conductive surface of a metal sheet, or materials deposited during the manufacture of the present invention, such as inks and adhesives. A surface coating applied to a polymer film to improve adhesion.
基板が物体の本体の一部を形成する場合の例は、器具の筐体またはケースに組み込まれたセンサシステムのようなものである。代替的に、そのようなシステムは、より大きな電子回路の一部として一体化することができ、そのような場合、基板は、デバイスの回路基板となる。 An example where the substrate forms part of the body of the object is like a sensor system incorporated in the instrument housing or case. Alternatively, such a system can be integrated as part of a larger electronic circuit, in which case the substrate becomes the circuit board of the device.
アナログ回路1は、好ましくは、エレクトロニクス製造、グラフィックス、およびメディアおよび通信産業における実務者による印刷として一般的に説明されている方法の1つによって製造される。印刷には、グラビア印刷、パッド印刷、フレキソ印刷、凸版印刷、オフセットリソグラフィ、インクジェット印刷、およびエアロゾルジェット印刷がふくまれるが、これらに限定されない。この代わりに、回路の一部または全ての部分において、上述した業界で知られている他のコーティングおよび堆積技術によって製造されてもよい。他のコーティングおよび堆積技術には、フォトリソグラフィ、インプリントリソグラフィを使用すること、または、化学蒸着、物理蒸着、スピンコーティング、ブレードコーティングまたはスロットダイコーティングなどの堆積技術と組み合わせてマスクを製造することも同様に含まれるが、これに限定されない。
The
アナログ回路は、相互接続または配線と呼ばれる内部回路接続を形成する導体パターン3を備える。導体パターンは、個々の構成要素の実装および接続に使用される接続パッド4を有する。個々の構成要素には、集積回路5において、構成要素全体の一部を形成する抵抗、コンデンサ、ダイオードなどのさらなる電子部品が含まれる。導体パターンは、例えば、電力の供給およびデータの転送のために、構成要素に対する外部接続または端子として機能する別の接続パッド6をさらに有する。
The analog circuit comprises a
本発明の重要な態様は、抵抗センサ素子7がアナログ回路1に集積されていることである。本発明の意味において、「集積された」という用語は、導体パターン3とセンサ素子7の両方の製造に共通の少なくとも1つの製造ステップにより同じ製造プロセスを使用して、センサ7が導体パターン3と同じ基板2上に製造されることを意味する。センサ素子7の抵抗性の記述は、その電気抵抗がその直近の環境の変化との関連で変化することを意味する。好ましい実施の形態では、センサ素子7は、負の温度係数(NTC)サーミスタとして機能し、その電気抵抗は温度が上昇するにつれて減少する。好ましくは、このセンサ7は、米国特許第9,029,180号に記載されているように、導電性パターン上にシリコンインクを印刷することによって製造され、参照により本明細書に組み込まれる。制限されることなく、集積された負の温度係数サーミスタを、その抵抗が温度の上昇と共に増加する正の温度係数サーミスタか、または、例えば白金などの、温度の上昇に伴って抵抗が直線的に増加するRTD(抵抗温度装置)として機能する金属膜抵抗器に置き換えてもよい。同じように集積することができる他のセンサ要素としては、限定するものではないが、水分または特定の標的化学物質の存在下で導電率が変化する材料から製造された湿度センサまたは化学センサ、ならびに、ピエゾ抵抗材料から製造された圧力センサまたは歪みセンサが含まれる。
An important aspect of the present invention is that the
さらに、アナログ回路1は、少なくとも第2の抵抗器8と、好ましくは第3の抵抗器9を備える。抵抗器8および抵抗器9は、環境変化が感知されてもそれらの電気抵抗が大きく変化しないという意味で固定または一定である。例えば、センサ素子7がNTCサーミスタである場合、抵抗器8および9は実質的に温度に依存しない。抵抗器8または9の電気抵抗が環境状態の変化に弱い依存性を有する場合、この変化はセンサ素子7の抵抗の変化とは反対の検知であることが好ましい。例えば、センサ素子7がNTCサーミスタである場合、実質的に温度に依存しない抵抗器8および9は、弱い正の温度係数の抵抗を有する。すなわち、それらの抵抗は、温度の上昇と共にわずかに増加し得るが、この変化はセンサ素子7の変化よりも著しく小さく、好ましくは少なくとも1桁以上小さい。
Furthermore, the
好ましくは、抵抗器8および抵抗器9も、センサ素子7と同様にアナログ回路1に集積される。例えば、米国特許第9,029,180号に記載されているように、センサ素子7が印刷される場合、抵抗器8および9は、適切な抵抗インク組成物を使用して同様の方法で印刷され得る。あるいは、1つ以上の抵抗器8および9が、アナログ回路1に接続パッドを介して取り付けられて接続される追加の部品として供給されてもよい。
Preferably, the
外部接続6を介して、電位差または電圧がアナログ回路1に印加されるか、または、電流がアナログ回路1に流れると、2つ以上の電位が、導電パターン3および接続パッド4を介して集積回路5の入力端子10に印加される。これらの電位のうちの1つは、決定すべき測定条件、例えば温度に対応し、もう1つの第2の電位は、内部基準値、例えばセンサと1つ以上の抵抗器に印加される全電位差に対応する。集積回路は、その入力端子に印加された2つ以上の電位の組み合わせに明確に対応する固有のデジタル信号を1つ以上の出力端子11に供給する前に、内部的に様々な動作を実行することができる。
When a potential difference or voltage is applied to the
好ましい実施の形態では、集積回路5は、少なくとも2つのアナログ入力を有するマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサである。これらの入力は、独立したアナログ/デジタル変換(ADC)チャネルに内部で接続するか、または単一のADCに多重化してもよい。あるいは、さらなる集積回路は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラへの入力段としてアナログ回路に取り付けてもよい。一例として、1つ以上の独立したADCをデジタル入力に接続してもよいし、マルチプレクサを単一のアナログ入力の入力段として使用してもよい。独立したマルチプレクサと単一のADCとを、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサのデジタル入力への入力段として一緒に組み合わせることがさらに望ましいこともある。
In a preferred embodiment, integrated
ADCのデジタル出力が出力端子に接続されるように、マルチプレクサとADCのみを使用することも可能だが、望ましくない。しかしながら、この実施の形態は、マイクロコントローラの使用が構成要素全体に追加の機能を提供するので、好ましくない。この機能は、較正された数値を提供するためにセンサデータに対して追加の計算を実行する能力によって提供される。これは、アナログ入力端子に印加された電位の比を計算するのと同じくらい簡単かもしれない。あるいは、実際の値または監視されている環境状態の変化を推定するために較正機能を適用することもできる。例えば、温度センサの場合、実際の温度は、摂氏または華氏のような選択された温度スケールで出力され得る。 Although it is possible to use only a multiplexer and ADC so that the digital output of the ADC is connected to the output terminal, this is not desirable. However, this embodiment is not preferred because the use of a microcontroller provides additional functionality for the entire component. This functionality is provided by the ability to perform additional calculations on the sensor data to provide calibrated numerical values. This may be as simple as calculating the ratio of potentials applied to the analog input terminals. Alternatively, a calibration function can be applied to estimate changes in actual values or monitored environmental conditions. For example, in the case of a temperature sensor, the actual temperature may be output on a selected temperature scale such as Celsius or Fahrenheit.
好ましい実施の形態では、集積回路によって計算され出力された値は、シリアル形式で1つ以上の出力端子を介して送信される。以下に限定されないが、SPI、I2C、UART、1線式、2線式、3線式などを含むどのような業界標準のプロトコルを使用してもよい。別の好ましい実施の形態では、数値をパラレル形式で送信するために複数の出力端子を同時に使用し、1つの端子が1ビットの情報に対応し、情報は制御文字およびテキストラベルならびに数値を含めてもよい。 In the preferred embodiment, the values calculated and output by the integrated circuit are transmitted in serial form via one or more output terminals. Any industry standard protocol may be used including, but not limited to, SPI, I 2 C, UART, 1-wire, 2-wire, 3-wire, and the like. In another preferred embodiment, multiple output terminals are used simultaneously to transmit numbers in parallel format, one terminal corresponding to one bit of information, the information including control characters and text labels and numbers. Also good.
添付された図2に示されるさらに好ましい実施態様では、不揮発性メモリを備えるさらなる集積回路12が基板2に取り付けられている。集積回路12は集積回路5の1つ以上のデジタル入出力端子に接続され、集積回路5は好ましくはマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであり、回路全体のデジタル部分を形成する。2つの集積回路間の接続は、好ましくは、回路のアナログ部分に用いられる導体パターン3に統合される。2つの集積回路のデジタル入力/出力端子間の接続は、外部接続へのデータ転送と同様の方法で、シリアルまたはパラレルデータ形式のいずれかを用いて容易にすることができる。
In the further preferred embodiment shown in FIG. 2 attached, a further
センサおよびマイクロコントローラが任意の外部接続と自立的に機能するように、外部電源から電力を供給するために用いられる外部接続の向かい側に内部バッテリ(またはセル)13を取り付けてもよい。このようにして、構成要素はセンサと同様にデータロガーとして機能することができる。理想的には、バッテリ13は再充電可能なバッテリであるが、同様に電解コンデンサ、スーパーキャパシタ、一次電池、光電池または他の電位源を適用してもよい。
An internal battery (or cell) 13 may be mounted opposite the external connection used to supply power from an external power source so that the sensor and microcontroller function autonomously with any external connection. In this way, the component can function as a data logger as well as a sensor. Ideally, the
上記実施の形態のいずれかのハイブリッド電子センサは、完全な検知システムを形成するために、外部データおよび電源接続部6を介してさらなる電子回路に接続することができる。例えば、添付の図3に示すように、集積回路5は、シリアルまたはパラレルデータプロトコルを使用して、そのデータを無線トランシーバ14に通信することができる。アンテナ15およびトランシーバへの電源接続は、同じ基板2上の導体パターン3によって形成されたアナログ検出回路1にさらに組み込まれてもよい。充電式バッテリ13も備えられている場合、センサおよび集積回路に電力を供給するために、放射フィールドからエネルギーを回収してもよい。
The hybrid electronic sensor of any of the above embodiments can be connected to additional electronic circuitry via external data and
本発明は、以下の非限定的な実施例を参照してさらに説明される。 The invention will be further described with reference to the following non-limiting examples.
(実施例1)
図4は、図1に示す第1の実施の形態に従って構成されたハイブリッド電子デジタル温度センサの写真を示す。完成した構成要素は、基板2として機能する、全厚みが約0.25mmの層状の、PETシート上に組み立てられる。相互接続部、接続パッド4および外部端子61〜66を備える導電パターン3は、NTCサーミスタ7の内部電極構造および実質的に温度に依存しない抵抗器8,9と同様に、銀系インクを用いたスクリーン印刷によって成膜される。多くの好適な組成物が容易に利用可能であり、例えば、デュポン社の5000銀導体がここで提示された実施例において使用されている。
(Example 1)
FIG. 4 shows a photograph of a hybrid electronic digital temperature sensor configured according to the first embodiment shown in FIG. The completed component is assembled on a layered PET sheet that functions as the
この実施例で使用される集積回路5は、SOIC−8パッケージと同じフットプリントを有する、SOP−8パッケージの8ビットマイクロコントローラである。この実施例では、マイクロコントローラはAtmel社のATTiny85である。集積回路は、導電性接着剤を用いて接続パッド4に取り付けられる。外部接続は、以下のように6つの端子61〜66を介して行われる。符号61のVCCは負の電源電圧またはコモン・ゼロであり、符号62のVSSはマイクロコントローラの仕様を超えない正の電源電圧であり、符号63はシリアルデジタル送信Txであり、符号64はシリアルデジタル受信Rxであり、符号65はチップセレクトである。マスター出力/スレーブ入力(MOSI)、マスター入力/スレーブ出力(MISO)、および外部クロックとしての端子63〜65の代替構成も適用してもよい。
The
NTCサーミスタ7および実質的に温度に依存しない抵抗器8,9は、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第9,029,180号およびPCT公開WO2013114289号に記載されているように、印刷された銀パターン上に直接スクリーン印刷することによって製造される。図1に示すように、これら3つの抵抗は互いに直列に接続され、マイクロコントローラと同じ電源を備えている。サーミスタと各抵抗との交差部は、導体パターン3によって接続パッド4を介して10ビットADCとして構成されたマイクロコントローラ10の2つの入力部に接続されている。したがって、マイクロコントローラへの入力は、抵抗器9の両端間の電位差と、抵抗器9とサーミスタ7の両端の合成電位差とを独立して測定することを含む。これらの2つの電位の比は、センサが受ける温度の固有の測定値を提供する。マイクロコントローラに記憶された較正関数を用いて、この比は適切な尺度で温度の数値に変換される。
Claims (10)
環境状態の変化に対応して抵抗が変化する少なくとも1つの検出素子が集積されたアナログ回路と、
環境状態が変化しても抵抗が一定のままである少なくとも1つの別の抵抗器と、
少なくとも1つの集積回路と、を備え、
電位差が前記アナログ回路に印加された際に、2つの電位が前記集積回路の入力端子に印加されるように、前記アナログ回路と前記集積回路とが接続され、
前記2つの電位の一方は測定される環境状態に対応し、前記2つの電位の他方は基準値に対応し、
前記集積回路の1つ以上の出力端子で固有のデジタル信号を生成し、
前記固有のデジタル信号は測定される環境状態の変化に対応する、
電子検出部品。 An electronic detection component that provides digital output in response to quantifiable changes in environmental conditions,
An analog circuit in which at least one detection element whose resistance changes in response to a change in environmental conditions is integrated;
At least one other resistor whose resistance remains constant as environmental conditions change;
And at least one integrated circuit,
The analog circuit and the integrated circuit are connected such that when a potential difference is applied to the analog circuit, two potentials are applied to the input terminals of the integrated circuit,
One of the two potentials corresponds to the measured environmental condition, the other of the two potentials corresponds to a reference value,
Generating a unique digital signal at one or more output terminals of the integrated circuit;
The unique digital signal corresponds to a change in the measured environmental condition;
Electronic detection parts.
請求項1の電子検出部品。 The detection element is a thermistor having a negative temperature coefficient, and the resistance of the thermistor decreases as the temperature increases.
The electronic detection component according to claim 1.
請求項2の電子検出部品。 At least the thermistor and wiring of the analog circuit are made by printing,
The electronic detection component according to claim 2.
集積回路の入力に印加される2つの電位が、それぞれ、一定値の一方の前記抵抗器の両端の電位差、および、一定値の前記抵抗器および前記検出素子にわたる電位差である、
請求項1または2の電子検出部品。 Two resistors of constant value are connected in series with the sensing element,
The two potentials applied to the input of the integrated circuit are respectively a potential difference across one of the resistors having a constant value and a potential difference across the resistor and the sensing element having a constant value.
The electronic detection component according to claim 1.
請求項1から4のいずれか1つの電子部品。 One or more potentials are applied to an independent analog-to-digital converter or a single analog-to-digital converter via a multiplexer,
The electronic component of any one of Claim 1 to 4.
請求項1から4のいずれか1つの電子部品。 The integrated circuit comprises a microcontroller or microprocessor that performs additional calculations on the data before providing digital values to one or more output terminals.
The electronic component of any one of Claim 1 to 4.
請求項6の電子部品。 Digital output is provided via serial interface,
The electronic component according to claim 6.
請求項6の電子部品。 Digital output is provided through a parallel interface that uses multiple output terminals simultaneously,
The electronic component according to claim 6.
請求項7または8の電子部品。 The output of one integrated circuit is connected to a second integrated circuit having a non-volatile memory,
The electronic component according to claim 7 or 8.
請求項6から9のいずれか1つの電子部品。 The microcontroller is connected to or integrated with a radio transceiver integrated circuit, and an antenna is connected to or incorporated in the analog circuit.
The electronic component according to claim 6.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ZA2015/08532 | 2015-11-18 | ||
ZA201508532 | 2015-11-18 | ||
PCT/IB2016/056894 WO2017085635A1 (en) | 2015-11-18 | 2016-11-16 | Digital sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018534573A true JP2018534573A (en) | 2018-11-22 |
Family
ID=57396774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018525721A Withdrawn JP2018534573A (en) | 2015-11-18 | 2016-11-16 | Digital sensor |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20180321092A1 (en) |
EP (1) | EP3377867A1 (en) |
JP (1) | JP2018534573A (en) |
KR (1) | KR20180084921A (en) |
CN (1) | CN108291844A (en) |
WO (1) | WO2017085635A1 (en) |
ZA (1) | ZA201803045B (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10811968B2 (en) | 2018-01-05 | 2020-10-20 | Atlazo, Inc. | Power management system including a direct-current to direct-current converter having a plurality of switches |
US10614184B2 (en) * | 2018-01-08 | 2020-04-07 | Atlazo, Inc. | Semiconductor process and performance sensor |
US10416746B2 (en) | 2018-01-10 | 2019-09-17 | Atlazo, Inc. | Adaptive energy optimal computing |
US10635130B2 (en) | 2018-02-01 | 2020-04-28 | Atlazo, Inc. | Process, voltage and temperature tolerant clock generator |
US10571945B2 (en) | 2018-02-21 | 2020-02-25 | Atlazo, Inc. | Low power regulator circuits, systems and methods regarding the same |
US10700604B2 (en) | 2018-03-07 | 2020-06-30 | Atlazo, Inc. | High performance switch devices and methods for operating the same |
US11516028B2 (en) * | 2019-12-24 | 2022-11-29 | CERA Licensing Limited | Temperature sensing physical unclonable function (PUF) authentication system |
DE102021203009A1 (en) | 2021-03-26 | 2022-09-29 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Electronic circuit for temperature measurement |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW527738B (en) * | 1998-02-12 | 2003-04-11 | Winbond Electronics Corp | Voltage-temperature conversion device using a thermistor |
DE10011662C2 (en) * | 2000-03-10 | 2002-11-21 | Microtune Gmbh & Co Kg | Temperature sensing device |
US6974934B2 (en) * | 2002-12-30 | 2005-12-13 | Intel Corporation | Remote reference resistor |
US8182139B2 (en) * | 2008-05-30 | 2012-05-22 | Apple Inc. | Calibration of temperature sensing circuitry in an electronic device |
US8376611B2 (en) * | 2009-04-14 | 2013-02-19 | O2Micro International Limited | Circuits and methods for temperature detection |
US8556505B2 (en) * | 2009-09-18 | 2013-10-15 | Cummins Ip, Inc. | Apparatus, system, and method for accurately reading high and low temperatures |
JP5053421B2 (en) * | 2010-06-16 | 2012-10-17 | 矢崎総業株式会社 | Signal judgment system and temperature judgment system |
RU2013116739A (en) * | 2010-09-13 | 2014-10-20 | Пи-Эс-Ти Сенсорс (Пропрайетри) Лимитед | PRINTED TEMPERATURE SENSOR |
ITMI20111591A1 (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-06 | St Microelectronics Srl | TEMPERATURE SENSING DEVICE AND METHOD TO GENERATE AN REPRESENTATIVE SIGNAL OF THE TEMPERATURE OF AN ENVIRONMENT |
WO2013114289A1 (en) | 2012-01-30 | 2013-08-08 | Pst Sensors (Proprietary) Limited | Flexible temperature and strain sensors |
US9281833B2 (en) * | 2012-05-28 | 2016-03-08 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Analog-to-digital converter with power supply-based reference |
CN103630260A (en) * | 2012-08-27 | 2014-03-12 | 成都众山科技有限公司 | Lower temperature acquisition terminal system |
JP6270403B2 (en) * | 2013-10-18 | 2018-01-31 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and electronic control device |
-
2016
- 2016-11-16 CN CN201680067301.3A patent/CN108291844A/en active Pending
- 2016-11-16 WO PCT/IB2016/056894 patent/WO2017085635A1/en active Application Filing
- 2016-11-16 US US15/776,898 patent/US20180321092A1/en not_active Abandoned
- 2016-11-16 KR KR1020187017032A patent/KR20180084921A/en unknown
- 2016-11-16 EP EP16801594.9A patent/EP3377867A1/en not_active Withdrawn
- 2016-11-16 JP JP2018525721A patent/JP2018534573A/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-05-09 ZA ZA2018/03045A patent/ZA201803045B/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20180321092A1 (en) | 2018-11-08 |
EP3377867A1 (en) | 2018-09-26 |
KR20180084921A (en) | 2018-07-25 |
CN108291844A (en) | 2018-07-17 |
WO2017085635A1 (en) | 2017-05-26 |
ZA201803045B (en) | 2019-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2018534573A (en) | Digital sensor | |
Zhao et al. | Flexible bimodal sensor for simultaneous and independent perceiving of pressure and temperature stimuli | |
CN105606291A (en) | Thermal type pressure sensor and flexible electronic skin | |
US10502676B2 (en) | Disposable witness corrosion sensor | |
CN102884406A (en) | Zero-heat-flux, deep tissue temperature measurement devices with thermal sensor calibration | |
CN205697728U (en) | Flexible body temperature patch | |
CN104204749A (en) | Flexible temperature and strain sensors | |
KR20130065705A (en) | Electric element | |
CN105136873B (en) | A kind of integrated sensor and preparation method thereof | |
CN107110716B (en) | Sensor sheet | |
SE461177B (en) | DEVICE FOR Saturation of thermal properties of a test substance | |
CN104251748A (en) | Module for integration into a mobile terminal to measure the ambient temperature | |
Descent et al. | Printing of temperature and humidity sensors on flexible substrates for biomedical applications | |
TWI477779B (en) | Thermal convection type linear accelerometer | |
Usman et al. | Smart wearable flexible temperature sensor with compensation against bending and stretching effects | |
CN105935290A (en) | Flexible temperature plaster | |
JP2016118552A (en) | Sensor sheet | |
US11982572B2 (en) | Stick-on thermometer | |
CN207280367U (en) | Mesh sensor | |
CN206847803U (en) | Temperature sensor line based on temperature element | |
CN106940226A (en) | Temperature sensor line based on temperature element | |
CN104515600B (en) | Infrared sensor | |
KR102060384B1 (en) | Methods for fabricating flexible thermistor and thermal sensing device, and thermal sensing device including the flexible thermistor | |
CN205426378U (en) | Temperature detecting element and thermodetector | |
US7513164B1 (en) | Single diaphragm ATF differential pressure transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191114 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20200717 |